鋼の高速断続切削において優れた耐欠損性を発揮する表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具
【課題】鋼の高速断続切削において優れた耐欠損性、耐熱塑性変形性、耐摩耗性を発揮する表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具を提供する。
【解決手段】結合相成分としてＣｏを４〜１２質量％含有し、硬質相成分としてＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗのうち２種以上の成分からなる複合炭窒化物のうちの１種を５〜３０質量％を含有し、残部ＷＣからなるＷＣ超硬合金を工具基体とする表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具において、工具基体表面から５〜３０μｍの深さ領域では結合相成分が富化され、結合相中にはＲｅ含有量３〜２０質量％のＲｅが固溶し、さらに、硬質相を構成するＷＣおよび複合炭窒化物粒内の界面近傍に、平均Ｒｅ含有量が０．２〜７質量％のＲｅ富化領域が形成されている。
【解決手段】結合相成分としてＣｏを４〜１２質量％含有し、硬質相成分としてＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗのうち２種以上の成分からなる複合炭窒化物のうちの１種を５〜３０質量％を含有し、残部ＷＣからなるＷＣ超硬合金を工具基体とする表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具において、工具基体表面から５〜３０μｍの深さ領域では結合相成分が富化され、結合相中にはＲｅ含有量３〜２０質量％のＲｅが固溶し、さらに、硬質相を構成するＷＣおよび複合炭窒化物粒内の界面近傍に、平均Ｒｅ含有量が０．２〜７質量％のＲｅ富化領域が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高い衝撃と熱発生を伴う鋼の高速断続切削において、長期の使用にわたって優れた耐欠損性を発揮する表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、耐摩耗性に優れた切削工具としては、例えば、結合相形成成分としてＣｏを含有し、硬質相成分としてＴｉとＷ、ＴｉとＴａとＷ、ＴｉとＮｂとＷ、ＴｉとＴａとＮｂとＷの複合窒炭化物等のうちの１種を含有し、残りがＷＣおよび不可避不純物からなるＷＣ基超硬合金其体において、Ｃｏの富化表面部を有するＷＣ基超硬合金其体の表面に、硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆超硬合金製切削工具が知られているが、工具特性をさらに高めるために、合金成分としてＲｅをさらに含有させたＷＣ基超硬工具も開発されている。
例えば、特許文献１に示されるように、成分としてＣｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、ＷＣ等を含むＷＣ基超硬合金其体において、Ｃｏの富化表面部を有するＷＣ基超硬合金其体の表面に、硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具において、さらに結合相成分としてＲｅを含有する表面被覆ＷＣ基超硬工具（従来超硬工具という）が知られており、この従来超硬工具では、優れた耐摩耗性、耐欠損性を発揮することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５１０５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の切削装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに、高能率化、低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工は高速で行われる傾向にあるが、例えば、特許文献１に示される従来超硬工具を、通常条件の切削加工で用いた場合には特段の問題は生じない。
しかし、これを、特に、高い衝撃と熱発生を伴う、鋼の高速断続切削に用いた場合には、工具寿命の短命化が顕著となる。
つまり、例えば、従来超硬工具では、図２に示されるように、Ｒｅが結合相中にのみ存在することから、結合相の高温硬さが向上する反面、硬質相粒子と結合相との密着強度が十分に確保されず、チッピング、欠損を発生しやすくなるという問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、鋼の高速断続切削に用いた場合でも、すぐれた耐欠損性、耐熱塑性変形性を発揮し、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮する表面被覆ＷＣ基超硬工具について鋭意研究を行った結果、以下の知見を得た。
【０００６】
通常、ＷＣ基超硬合金からなる焼結体の製造は、特定の平均粒径のＷＣ粉末、Ｃｏ粉末とともに、必要に応じてＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末あるいはＴｉＮ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末、（Ｎｂ，Ｔａ）Ｃ粉末等を所定割合になるように配合した原料粉末を湿式ボールミル中で混合し、成形した後、この圧粉成形体を所定の温度で所定時間焼結することにより製造している。
【０００７】
本発明者らは、上記通常のＷＣ基超硬合金焼結体の製造方法において、例えば、結合相形成成分であるＣｏ粉末に加えて、所定の平均粒径および所定の含有割合となるようにＲｅ粉末をさらに追加して添加配合することで原料粉末を調製し、これを１３８０〜１５００℃の範囲内の温度にて液相焼結し、その後、例えば、少なくとも９００℃までを１０℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却することによって、硬質相を構成するＷＣおよび複合炭窒化物粒内の界面近傍に、Ｒｅ富化領域が形成されると同時に、結合相中にも所定量のＲｅが固溶することを見出したのである。
ここで、Ｒｅの富化領域とは、ＷＣおよび複合炭窒化物粒子の界面から、該粒子の粒径の１〜１０％の深さ領域にわたって平均Ｒｅ含有量が０．２〜７質量％であるＲｅの富化領域であり、Ｒｅの富化領域以外の領域、即ち、ＷＣおよび複合炭窒化物粒子の内部側では平均Ｒｅ含有量は０．２質量％未満となっている。
そして、ＷＣおよび複合炭窒化物粒内の界面近傍に上記Ｒｅの富化領域が形成されたＷＣおよび複合炭窒化物粒子が含有された焼結組織を有するＷＣ基超硬合金から作製された表面被覆ＷＣ基超硬工具（以下、本発明超硬工具という）を用いて切削加工を行ったところ、高い衝撃と熱発生を伴う、鋼の高速断続切削において、切刃部の過熱が抑制されるとともに、すぐれた耐欠損性、耐熱塑性変形性を発揮し、その結果、チッピング、偏摩耗等の発生を生じることなく長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮することを見出したのである。
【０００８】
この発明は、上記の知見に基づいてなされたものであって、
「（１） 結合相成分としてＣｏを含有し、添加成分としてＲｅを含有し、硬質相成分としてＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗのうち２種以上の成分からなる複合炭窒化物のうちの１種を５〜３０質量％、残部が硬質相成分としてのＷＣおよび不可避不純物からなるＷＣ基超硬合金を工具基体とし、該工具基体表面に硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具において、
工具基体表面から５〜３０μｍの深さ領域では結合相成分が富化され、ＷＣ以外の硬質相成分が実質的に存在せず、
ＷＣ基超硬合金の結合相成分であるＣｏの含有量は４〜１２質量％であり、また、結合相中にはＲｅが固溶しており、結合相中のＲｅ含有量は３〜２０質量％であり、さらに、硬質相を構成するＷＣおよび上記複合炭窒化物粒内の界面近傍に、Ｒｅ富化領域が形成されたＷＣ粒子及び上記複合炭窒化物粒子を含有することを特徴とする表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
（２） 上記ＷＣ基超硬合金中のＲｅは、原料粉末としてＲｅ粉末を配合することにより添加されたものであることを特徴とする（１）に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
（３） 上記ＷＣ基超硬合金は、さらに、ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子を含有することを特徴とする（１）または（２）に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
（４） 上記ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子の含有量は、全ＷＣ粒子のうちの３０個数％以下であり、かつ、上記Ｒｅ富化領域が形成されたＷＣ粒子とＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子の合計が、上記ＷＣ基超硬合金の全ＷＣ粒子のうちの９０個数％以上含まれており、
さらに、上記Ｒｅ富化領域が形成された上記複合炭窒化物粒子が、上記ＷＣ基超硬合金の上記全複合炭窒化物粒子のうちの９０個数％以上含まれていることを特徴とする（３）に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
（５） 上記Ｒｅ富化領域は、ＷＣ粒子および上記複合炭窒化物粒子の界面から、該ＷＣ粒子および上記複合炭窒化物粒子の粒径の１〜１０％の深さ領域にわたって形成され、かつ、該深さ領域における平均Ｒｅ含有量は０．２〜７質量％であり、一方、ＷＣ粒子および上記複合炭窒化物粒子の内部側では、平均Ｒｅ含有量は０．２質量％未満であることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。」
に特徴を有するものである。
【０００９】
この発明の表面被覆ＷＣ基超硬工具について、以下に詳細に説明する。
この発明の表面被覆ＷＣ基超硬工具の工具基体である本発明超硬焼結体は、例えば、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末に加えてＲｅ粉末を配合し、さらに、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末あるいはＴｉＮ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末、（Ｎｂ，Ｔａ）Ｃ粉末を所定割合になるように配合した原料粉末を、湿式ボールミル中で混合し、所定形状にプレス成形したのち、この圧粉成形体を、１〜１５Ｐａの真空中で、１３８０〜１５００℃の範囲内の所定の温度にて液相焼結し、その後、例えば、少なくとも９００℃までを１０℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却することによって製造することができる。
そして、上記の製造工程で作製した本発明超硬焼結体は、結合相中に３〜２０質量％のＲｅが固溶されているとともに、ＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子の界面から、該粒子の粒径の１〜１０％の深さ領域にわたって、平均Ｒｅ含有量が０．２〜７質量％であるＲｅ富化領域が形成されたＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子を有しており、また、該Ｒｅ富化領域の内側、即ち、ＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子の内部側では平均Ｒｅ含有量は０．２質量％未満となっている。
そして、このような組織が形成された本発明超硬焼結体は、Ｒｅが主としてＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子界面近傍に存在することから、ＷＣ粒子の熱伝導性を大きく低下させることはなく、また、結合相中にＲｅが固溶されていることから結合相の高温硬さが向上し、さらに、ＷＣおよび複合炭窒化物粒内の界面近傍に形成されているＲｅ富化領域によって、ＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子と結合相との密着強度が高められる。
【００１０】
本発明ＷＣ基超硬工具において結合相を構成するＣｏ成分は、その含有量が４質量％未満では、ＷＣ基超硬合金の緻密化が十分になされず、一方、結合相の含有割合が１２質量％を越えると、ＷＣ基超硬合金の硬度が低下し、鋼の高速断続切削において耐摩耗性が低下傾向を示すようになることから、本発明ＷＣ基超硬合金焼結体における結合相の含有割合は４〜１２質量％と定めた。
【００１１】
また、本発明で、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末とともに配合するＲｅ粉末は結合相を構成するＣｏに大部分が（３〜２０質量％）固溶し、一部がＷＣおよび複合炭窒化物粒内の界面近傍に含有され、Ｒｅ富化領域を形成するが、Ｃｏに固溶するＲｅ含有量（Ｒｅ／（Ｃｏ＋Ｒｅ））が３質量％未満であると、ＷＣおよび複合炭窒化物粒と結合相の密着性向上効果及び結合相の硬さ向上効果が不十分であり、一方、Ｃｏに固溶するＲｅ含有量（Ｒｅ／（Ｃｏ＋Ｒｅ））が２０質量％を超えると、結合相の靭性が著しく低下するため破壊靱性値が低下し、鋼の高速断続切削においてチッピングを発生しやすくなることから、Ｃｏに固溶するＲｅ含有量（Ｒｅ／（Ｃｏ＋Ｒｅ））は３〜２０質量％と定めた。
【００１２】
また、本発明では、ＷＣおよび複合炭窒化物粒内の界面近傍にＲｅ富化領域を形成し、該Ｒｅ富化領域については、ＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子の粒径の１〜１０％の深さ領域にわたって形成され、かつ、深さ領域における平均Ｒｅ含有量（Ｒｅ／（Ｗ＋Ｒｅ）、また、Ｒｅ／（Ｒｅ＋Ｍ）（ＭはＴｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｗのうちの２種以上））は０．２〜７質量％であるとしているが、ＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子の粒径の１〜１０％の深さ領域における平均Ｒｅ含有量が０．２質量％未満では、ＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子と結合相の密着性向上効果が得られず、一方、平均Ｒｅ含有量が７質量％を超えるようになると、ＷＣ粒子の熱伝導性が著しく低下するため切れ刃が過熱されやすくなり、その結果、熱塑性変形が発生しやすくなることから、Ｒｅ富化領域、即ち、ＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子の粒径の１〜１０％の深さ領域における平均Ｒｅ含有量は０．２〜７質量％と定めた。
なお、「ＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子の粒径の１〜１０％の深さ領域」を別の表現で定義すれば、後方散乱電子回折装置（ＥＢＳＤ）を備えた走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察されたＷＣおよび複合炭窒化物粒子の結晶方位マッピング像を、同一面積の円形に近似した時の直径をＷＣ粒径および複合炭窒化物粒径とした場合に、ＷＣおよび複合炭窒化物粒の界面から該粒径の１〜１０％の深さ領域ということになる。
【００１３】
本発明では、ＷＣ粒内の界面近傍にＲｅの富化領域が形成されたＷＣ粒子のほかに、ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子が含まれていても、ＷＣ粒と結合相の密着性向上効果を妨げることはないが、その含有量が全ＷＣ粒子のうちの３０個数％を超えると、熱伝導性が著しく低下するため切れ刃が過熱されやすくなり、その結果、熱塑性変形が発生しやすくなることから、ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子の含有量は、全ＷＣ粒子のうちの３０個数％以下と定めた。
また、ＷＣ粒内の界面近傍にＲｅの富化領域が形成されたＷＣ粒子とＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子の含有量の合計が、全ＷＣ粒子のうちの９０個数％未満になると、ＷＣ粒子と結合相の密着性向上効果が得られなくなることから、ＷＣ粒内の界面近傍にＲｅの富化領域が形成されたＷＣ粒子およびＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子の含有量の合計は、全ＷＣ粒子のうちの９０個数％以上と定めた。
さらに、複合炭窒化物粒内の界面近傍にＲｅの富化領域が形成された複合炭窒化物粒子の含有量が、全複合炭窒化物粒子のうちの９０個数％未満になると、複合炭窒化物粒子と結合相の密着性向上効果が得られなくなることから、複合炭窒化物粒内の界面近傍にＲｅの富化領域が形成された複合炭窒化物粒子の含有量は、全複合炭窒化物粒子のうちの９０個数％以上と定めた。
【００１４】
上記超硬焼結体からなる工具其体の表面に、硬質被覆層を蒸着形成することによって、一段と耐欠損性、耐熱塑性変形性の向上を図ることができ、工具寿命の一層の延命化を図ることができる。
ここで、上記硬質被覆層とは、例えば、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物および炭窒酸化物のうちから選ばれる１種の単層または２種以上の複層からなる下部層と、酸化アルミニウムからなる上部層、さらに必要に応じて、最表面にＴｉ窒化物層を蒸着形成してなるものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の表面被覆ＷＣ基超硬工具は、これを構成するＷＣ基超硬合金の結合相中にＲｅが固溶し高温硬さを高めるとともに、硬質相を構成するＷＣおよび複合炭窒化物粒内の界面近傍にＲｅ富化領域が形成された粒子が含有されていることにより、ＷＣ粒子の有する熱伝導率を低下させることなく、さらに、結合相と硬質相との密着強度を高めることから、耐欠損性及び耐熱塑性変形性に優れ、高い衝撃と熱発生を伴う、鋼の高速断続切削に用いた場合でも、欠損、偏摩耗等の発生を生じることなく長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明超硬工具における焼結体組織の模式図を示す。
【図２】従来ＷＣ基超硬工具（従来超硬工具）における焼結体組織の模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
つぎに、この発明の切削工具を実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００１８】
（ａ）原料粉末として、いずれも０．５〜７μｍの平均粒径を有する、Ｃｏ粉末、Ｒｅ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴｉＮ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ粉末（但し、重量比で、ＴｉＣ：ＴｉＮ：ＷＣ＝２４：２０：５６）、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末（但し、重量比で、ＴｉＣ：ＷＣ＝３０：７０）、（Ｎｂ，Ｔａ）Ｃ粉末（但し、重量比で、ＮｂＣ：ＴａＣ＝９０：１０）を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてボールミルで７２時間湿式混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状にプレス成形し、
（ｂ）これらの圧粉成形体を、１．３Ｐａの真空中で表２に示される焼結温度で１時間保持し、次いで、９００℃までを表２で示される冷却速度で冷却するとともに、その後は室温にまで炉冷し、
（ｃ）得られた焼結体を、所定寸法となるように加工して、ＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状を持った工具其体（超硬焼結体）を作製し、次いで、工具其体表面に、通常の化学気相蒸着装置を用いて、表３に示されるとおりの組成および平均膜厚の硬質被覆層を蒸着形成することにより、表４に示される本発明表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具（本発明超硬工具という）１〜１０を作製した。
【００１９】
また、比較の目的で、表１に示される配合組成となるように原料粉末を配合し、本発明超硬工具１〜１０と同様な工程により、ＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状を持った工具其体（超硬焼結体）を作製し、次いで、工具其体表面に、通常の化学気相蒸着装置を用いて、表３に示されるとおりの組成および平均膜厚の硬質被覆層を蒸着形成することにより、表４に示される比較例表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具（比較例超硬工具という）１１〜２０を作製した。
【００２０】
上記本発明超硬工具１〜１０および比較例超硬工具１１〜２０について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、工具其体表面の結合相富化領域（ＷＣ以外の硬質相が実質的に存在しない領域）の厚みを測定した。
表２には、結合相富化領域５箇所の測定結果の平均値を示した。
【００２１】
上記本発明超硬工具１〜１０および比較例超硬工具１２、１５、１７、１９について、後方散乱電子回折装置（ＥＢＳＤ）を備えた走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、得られたＷＣおよび複合炭窒化物粒の結晶方位マッピング像の画像解析によりＷＣ粒の面積を測定し、さらに該ＷＣおよび複合炭窒化物を同一面積の円形に近似した時の直径を算出した。また、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）を備えた透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用い、ＷＣおよび複合炭窒化物粒と結合相の界面からＷＣ粒の内部に向かって、２ｎｍ毎に点分析を行い、結合相、ＷＣおよび複合炭窒化物粒内のＲｅ含有量、ＷＣおよび複合炭窒化物粒子の粒径に占めるＲｅ富化領域（Ｒｅ含有量が０．２〜７質量％である領域）の厚さ比（％）を測定した。
表５には、ＷＣおよび複合炭化物粒子それぞれ５０個ずつの測定結果の各平均値と、ＷＣおよび複合炭窒化物粒径の１〜１０％の深さ領域にＲｅ富化領域が形成されたＷＣおよび複合炭窒化物粒子数、ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子数、および該Ｒｅ富化領域における平均Ｒｅ含有量を示した。
また、結合相中のＲｅ含有量についても測定し、これを表５に示した。
本発明超硬工具１〜１０はいずれも、ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子の含有量は３０個数％以下であり、かつ、ＷＣ粒径の１〜１０％の深さ領域にＲｅ富化領域が形成されたＷＣ粒子と、ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子が合計で９０個数％以上含有されており、さらに、複合炭窒化物粒径の１〜１０％の深さ領域にＲｅ富化領域が形成された複合炭化物粒子が９０個数％以上含有されており、該富化領域における平均Ｒｅ含有量は０．２〜７質量％の範囲内であった。
図１には、一例として、本発明超硬工具３の焼結体組織の模式図を示す。
これに対して比較例超硬工具１２、１７は、Ｒｅ粉末の配合量が多かったため、Ｒｅ富化領域が形成されたものの、該富化領域における平均Ｒｅ含有量は、本発明で規定する量を超えるものであり、さらに、ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子数は本発明で規定する量を超えるものであった。
また、比較例超硬工具１５、１９は、Ｒｅ粉末の配合量が少なかったため、Ｒｅ富化領域が形成されたものの、該富化領域が形成されたＷＣ粒子数とＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子数の合計、および該富化領域が形成された複合炭化物粒子数は、本発明で規定する量を下回るものであり、さらに、該富化領域における平均Ｒｅ含有量は、本発明で規定する量を下回るものであった。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】
【００２６】
【表５】
【００２７】
つぎに、上記本発明超硬工具１〜１０、比較例超硬工具１１〜２０について、
被削材 ： ＳＣＭ４４０の長手方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度 ： ４２０ｍ／ｍｉｎ、
送り ： ０．２８ｍｍ／ｒｅｖ、
切込み ： １．０ｍｍ、
の条件で鋼の乾式断続切削試験を行い、逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍに達するまでの切削時間を測定した。
また、切削加工試験後の切れ刃の摩耗状況について、これを観察した。
この測定結果、観察結果を表４に示した。
【００２８】
表４、表５に示される結果から、本発明超硬工具１〜１０は、ＷＣ基超硬合金焼結体の結合相が、３〜２０質量％の固溶Ｒｅを含有し、また、硬質相のＷＣ粒内の界面近傍にＲｅの富化領域が形成されたＷＣ粒子とＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子を合計で、全ＷＣ粒子のうちの９０個数％以上含有し、かつ、硬質相の複合炭窒化物粒内の界面近傍にＲｅの富化領域が形成された複合炭窒化物粒子を、全複合炭窒化物粒子のうちの９０個数％以上含有し、さらに、該Ｒｅ富化領域における平均Ｒｅ含有量が０．２〜７質量％であって、熱伝導性の低下を招くことなく、高温硬さが向上し、また、結合相と硬質相の密着強度も高くなり、耐欠損性に優れ、かつ、耐熱塑性変形性にも優れることから、高い衝撃と熱発生を伴う、鋼の高速断続切削に用いた場合でも、欠損、偏摩耗等を発生することなく長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する。
これに対して、比較例超硬工具１１〜２０においては、高い衝撃と熱発生を伴う、鋼の高速断続切削に用いた場合には、切刃部の欠損が発生し、また、耐摩耗性にも劣り、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
この発明の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具は、鋼の高速断続切削ばかりでなく、各種被削材の通常の条件での切削加工にも勿論適用可能であり、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮し、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に適うものである。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高い衝撃と熱発生を伴う鋼の高速断続切削において、長期の使用にわたって優れた耐欠損性を発揮する表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、耐摩耗性に優れた切削工具としては、例えば、結合相形成成分としてＣｏを含有し、硬質相成分としてＴｉとＷ、ＴｉとＴａとＷ、ＴｉとＮｂとＷ、ＴｉとＴａとＮｂとＷの複合窒炭化物等のうちの１種を含有し、残りがＷＣおよび不可避不純物からなるＷＣ基超硬合金其体において、Ｃｏの富化表面部を有するＷＣ基超硬合金其体の表面に、硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆超硬合金製切削工具が知られているが、工具特性をさらに高めるために、合金成分としてＲｅをさらに含有させたＷＣ基超硬工具も開発されている。
例えば、特許文献１に示されるように、成分としてＣｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、ＷＣ等を含むＷＣ基超硬合金其体において、Ｃｏの富化表面部を有するＷＣ基超硬合金其体の表面に、硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具において、さらに結合相成分としてＲｅを含有する表面被覆ＷＣ基超硬工具（従来超硬工具という）が知られており、この従来超硬工具では、優れた耐摩耗性、耐欠損性を発揮することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５１０５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の切削装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに、高能率化、低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工は高速で行われる傾向にあるが、例えば、特許文献１に示される従来超硬工具を、通常条件の切削加工で用いた場合には特段の問題は生じない。
しかし、これを、特に、高い衝撃と熱発生を伴う、鋼の高速断続切削に用いた場合には、工具寿命の短命化が顕著となる。
つまり、例えば、従来超硬工具では、図２に示されるように、Ｒｅが結合相中にのみ存在することから、結合相の高温硬さが向上する反面、硬質相粒子と結合相との密着強度が十分に確保されず、チッピング、欠損を発生しやすくなるという問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、鋼の高速断続切削に用いた場合でも、すぐれた耐欠損性、耐熱塑性変形性を発揮し、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮する表面被覆ＷＣ基超硬工具について鋭意研究を行った結果、以下の知見を得た。
【０００６】
通常、ＷＣ基超硬合金からなる焼結体の製造は、特定の平均粒径のＷＣ粉末、Ｃｏ粉末とともに、必要に応じてＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末あるいはＴｉＮ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末、（Ｎｂ，Ｔａ）Ｃ粉末等を所定割合になるように配合した原料粉末を湿式ボールミル中で混合し、成形した後、この圧粉成形体を所定の温度で所定時間焼結することにより製造している。
【０００７】
本発明者らは、上記通常のＷＣ基超硬合金焼結体の製造方法において、例えば、結合相形成成分であるＣｏ粉末に加えて、所定の平均粒径および所定の含有割合となるようにＲｅ粉末をさらに追加して添加配合することで原料粉末を調製し、これを１３８０〜１５００℃の範囲内の温度にて液相焼結し、その後、例えば、少なくとも９００℃までを１０℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却することによって、硬質相を構成するＷＣおよび複合炭窒化物粒内の界面近傍に、Ｒｅ富化領域が形成されると同時に、結合相中にも所定量のＲｅが固溶することを見出したのである。
ここで、Ｒｅの富化領域とは、ＷＣおよび複合炭窒化物粒子の界面から、該粒子の粒径の１〜１０％の深さ領域にわたって平均Ｒｅ含有量が０．２〜７質量％であるＲｅの富化領域であり、Ｒｅの富化領域以外の領域、即ち、ＷＣおよび複合炭窒化物粒子の内部側では平均Ｒｅ含有量は０．２質量％未満となっている。
そして、ＷＣおよび複合炭窒化物粒内の界面近傍に上記Ｒｅの富化領域が形成されたＷＣおよび複合炭窒化物粒子が含有された焼結組織を有するＷＣ基超硬合金から作製された表面被覆ＷＣ基超硬工具（以下、本発明超硬工具という）を用いて切削加工を行ったところ、高い衝撃と熱発生を伴う、鋼の高速断続切削において、切刃部の過熱が抑制されるとともに、すぐれた耐欠損性、耐熱塑性変形性を発揮し、その結果、チッピング、偏摩耗等の発生を生じることなく長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮することを見出したのである。
【０００８】
この発明は、上記の知見に基づいてなされたものであって、
「（１） 結合相成分としてＣｏを含有し、添加成分としてＲｅを含有し、硬質相成分としてＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗのうち２種以上の成分からなる複合炭窒化物のうちの１種を５〜３０質量％、残部が硬質相成分としてのＷＣおよび不可避不純物からなるＷＣ基超硬合金を工具基体とし、該工具基体表面に硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具において、
工具基体表面から５〜３０μｍの深さ領域では結合相成分が富化され、ＷＣ以外の硬質相成分が実質的に存在せず、
ＷＣ基超硬合金の結合相成分であるＣｏの含有量は４〜１２質量％であり、また、結合相中にはＲｅが固溶しており、結合相中のＲｅ含有量は３〜２０質量％であり、さらに、硬質相を構成するＷＣおよび上記複合炭窒化物粒内の界面近傍に、Ｒｅ富化領域が形成されたＷＣ粒子及び上記複合炭窒化物粒子を含有することを特徴とする表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
（２） 上記ＷＣ基超硬合金中のＲｅは、原料粉末としてＲｅ粉末を配合することにより添加されたものであることを特徴とする（１）に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
（３） 上記ＷＣ基超硬合金は、さらに、ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子を含有することを特徴とする（１）または（２）に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
（４） 上記ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子の含有量は、全ＷＣ粒子のうちの３０個数％以下であり、かつ、上記Ｒｅ富化領域が形成されたＷＣ粒子とＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子の合計が、上記ＷＣ基超硬合金の全ＷＣ粒子のうちの９０個数％以上含まれており、
さらに、上記Ｒｅ富化領域が形成された上記複合炭窒化物粒子が、上記ＷＣ基超硬合金の上記全複合炭窒化物粒子のうちの９０個数％以上含まれていることを特徴とする（３）に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
（５） 上記Ｒｅ富化領域は、ＷＣ粒子および上記複合炭窒化物粒子の界面から、該ＷＣ粒子および上記複合炭窒化物粒子の粒径の１〜１０％の深さ領域にわたって形成され、かつ、該深さ領域における平均Ｒｅ含有量は０．２〜７質量％であり、一方、ＷＣ粒子および上記複合炭窒化物粒子の内部側では、平均Ｒｅ含有量は０．２質量％未満であることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。」
に特徴を有するものである。
【０００９】
この発明の表面被覆ＷＣ基超硬工具について、以下に詳細に説明する。
この発明の表面被覆ＷＣ基超硬工具の工具基体である本発明超硬焼結体は、例えば、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末に加えてＲｅ粉末を配合し、さらに、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末あるいはＴｉＮ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末、（Ｎｂ，Ｔａ）Ｃ粉末を所定割合になるように配合した原料粉末を、湿式ボールミル中で混合し、所定形状にプレス成形したのち、この圧粉成形体を、１〜１５Ｐａの真空中で、１３８０〜１５００℃の範囲内の所定の温度にて液相焼結し、その後、例えば、少なくとも９００℃までを１０℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却することによって製造することができる。
そして、上記の製造工程で作製した本発明超硬焼結体は、結合相中に３〜２０質量％のＲｅが固溶されているとともに、ＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子の界面から、該粒子の粒径の１〜１０％の深さ領域にわたって、平均Ｒｅ含有量が０．２〜７質量％であるＲｅ富化領域が形成されたＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子を有しており、また、該Ｒｅ富化領域の内側、即ち、ＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子の内部側では平均Ｒｅ含有量は０．２質量％未満となっている。
そして、このような組織が形成された本発明超硬焼結体は、Ｒｅが主としてＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子界面近傍に存在することから、ＷＣ粒子の熱伝導性を大きく低下させることはなく、また、結合相中にＲｅが固溶されていることから結合相の高温硬さが向上し、さらに、ＷＣおよび複合炭窒化物粒内の界面近傍に形成されているＲｅ富化領域によって、ＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子と結合相との密着強度が高められる。
【００１０】
本発明ＷＣ基超硬工具において結合相を構成するＣｏ成分は、その含有量が４質量％未満では、ＷＣ基超硬合金の緻密化が十分になされず、一方、結合相の含有割合が１２質量％を越えると、ＷＣ基超硬合金の硬度が低下し、鋼の高速断続切削において耐摩耗性が低下傾向を示すようになることから、本発明ＷＣ基超硬合金焼結体における結合相の含有割合は４〜１２質量％と定めた。
【００１１】
また、本発明で、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末とともに配合するＲｅ粉末は結合相を構成するＣｏに大部分が（３〜２０質量％）固溶し、一部がＷＣおよび複合炭窒化物粒内の界面近傍に含有され、Ｒｅ富化領域を形成するが、Ｃｏに固溶するＲｅ含有量（Ｒｅ／（Ｃｏ＋Ｒｅ））が３質量％未満であると、ＷＣおよび複合炭窒化物粒と結合相の密着性向上効果及び結合相の硬さ向上効果が不十分であり、一方、Ｃｏに固溶するＲｅ含有量（Ｒｅ／（Ｃｏ＋Ｒｅ））が２０質量％を超えると、結合相の靭性が著しく低下するため破壊靱性値が低下し、鋼の高速断続切削においてチッピングを発生しやすくなることから、Ｃｏに固溶するＲｅ含有量（Ｒｅ／（Ｃｏ＋Ｒｅ））は３〜２０質量％と定めた。
【００１２】
また、本発明では、ＷＣおよび複合炭窒化物粒内の界面近傍にＲｅ富化領域を形成し、該Ｒｅ富化領域については、ＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子の粒径の１〜１０％の深さ領域にわたって形成され、かつ、深さ領域における平均Ｒｅ含有量（Ｒｅ／（Ｗ＋Ｒｅ）、また、Ｒｅ／（Ｒｅ＋Ｍ）（ＭはＴｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｗのうちの２種以上））は０．２〜７質量％であるとしているが、ＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子の粒径の１〜１０％の深さ領域における平均Ｒｅ含有量が０．２質量％未満では、ＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子と結合相の密着性向上効果が得られず、一方、平均Ｒｅ含有量が７質量％を超えるようになると、ＷＣ粒子の熱伝導性が著しく低下するため切れ刃が過熱されやすくなり、その結果、熱塑性変形が発生しやすくなることから、Ｒｅ富化領域、即ち、ＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子の粒径の１〜１０％の深さ領域における平均Ｒｅ含有量は０．２〜７質量％と定めた。
なお、「ＷＣ粒子および複合炭窒化物粒子の粒径の１〜１０％の深さ領域」を別の表現で定義すれば、後方散乱電子回折装置（ＥＢＳＤ）を備えた走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察されたＷＣおよび複合炭窒化物粒子の結晶方位マッピング像を、同一面積の円形に近似した時の直径をＷＣ粒径および複合炭窒化物粒径とした場合に、ＷＣおよび複合炭窒化物粒の界面から該粒径の１〜１０％の深さ領域ということになる。
【００１３】
本発明では、ＷＣ粒内の界面近傍にＲｅの富化領域が形成されたＷＣ粒子のほかに、ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子が含まれていても、ＷＣ粒と結合相の密着性向上効果を妨げることはないが、その含有量が全ＷＣ粒子のうちの３０個数％を超えると、熱伝導性が著しく低下するため切れ刃が過熱されやすくなり、その結果、熱塑性変形が発生しやすくなることから、ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子の含有量は、全ＷＣ粒子のうちの３０個数％以下と定めた。
また、ＷＣ粒内の界面近傍にＲｅの富化領域が形成されたＷＣ粒子とＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子の含有量の合計が、全ＷＣ粒子のうちの９０個数％未満になると、ＷＣ粒子と結合相の密着性向上効果が得られなくなることから、ＷＣ粒内の界面近傍にＲｅの富化領域が形成されたＷＣ粒子およびＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子の含有量の合計は、全ＷＣ粒子のうちの９０個数％以上と定めた。
さらに、複合炭窒化物粒内の界面近傍にＲｅの富化領域が形成された複合炭窒化物粒子の含有量が、全複合炭窒化物粒子のうちの９０個数％未満になると、複合炭窒化物粒子と結合相の密着性向上効果が得られなくなることから、複合炭窒化物粒内の界面近傍にＲｅの富化領域が形成された複合炭窒化物粒子の含有量は、全複合炭窒化物粒子のうちの９０個数％以上と定めた。
【００１４】
上記超硬焼結体からなる工具其体の表面に、硬質被覆層を蒸着形成することによって、一段と耐欠損性、耐熱塑性変形性の向上を図ることができ、工具寿命の一層の延命化を図ることができる。
ここで、上記硬質被覆層とは、例えば、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物および炭窒酸化物のうちから選ばれる１種の単層または２種以上の複層からなる下部層と、酸化アルミニウムからなる上部層、さらに必要に応じて、最表面にＴｉ窒化物層を蒸着形成してなるものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の表面被覆ＷＣ基超硬工具は、これを構成するＷＣ基超硬合金の結合相中にＲｅが固溶し高温硬さを高めるとともに、硬質相を構成するＷＣおよび複合炭窒化物粒内の界面近傍にＲｅ富化領域が形成された粒子が含有されていることにより、ＷＣ粒子の有する熱伝導率を低下させることなく、さらに、結合相と硬質相との密着強度を高めることから、耐欠損性及び耐熱塑性変形性に優れ、高い衝撃と熱発生を伴う、鋼の高速断続切削に用いた場合でも、欠損、偏摩耗等の発生を生じることなく長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明超硬工具における焼結体組織の模式図を示す。
【図２】従来ＷＣ基超硬工具（従来超硬工具）における焼結体組織の模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
つぎに、この発明の切削工具を実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００１８】
（ａ）原料粉末として、いずれも０．５〜７μｍの平均粒径を有する、Ｃｏ粉末、Ｒｅ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴｉＮ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ粉末（但し、重量比で、ＴｉＣ：ＴｉＮ：ＷＣ＝２４：２０：５６）、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末（但し、重量比で、ＴｉＣ：ＷＣ＝３０：７０）、（Ｎｂ，Ｔａ）Ｃ粉末（但し、重量比で、ＮｂＣ：ＴａＣ＝９０：１０）を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてボールミルで７２時間湿式混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状にプレス成形し、
（ｂ）これらの圧粉成形体を、１．３Ｐａの真空中で表２に示される焼結温度で１時間保持し、次いで、９００℃までを表２で示される冷却速度で冷却するとともに、その後は室温にまで炉冷し、
（ｃ）得られた焼結体を、所定寸法となるように加工して、ＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状を持った工具其体（超硬焼結体）を作製し、次いで、工具其体表面に、通常の化学気相蒸着装置を用いて、表３に示されるとおりの組成および平均膜厚の硬質被覆層を蒸着形成することにより、表４に示される本発明表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具（本発明超硬工具という）１〜１０を作製した。
【００１９】
また、比較の目的で、表１に示される配合組成となるように原料粉末を配合し、本発明超硬工具１〜１０と同様な工程により、ＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状を持った工具其体（超硬焼結体）を作製し、次いで、工具其体表面に、通常の化学気相蒸着装置を用いて、表３に示されるとおりの組成および平均膜厚の硬質被覆層を蒸着形成することにより、表４に示される比較例表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具（比較例超硬工具という）１１〜２０を作製した。
【００２０】
上記本発明超硬工具１〜１０および比較例超硬工具１１〜２０について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、工具其体表面の結合相富化領域（ＷＣ以外の硬質相が実質的に存在しない領域）の厚みを測定した。
表２には、結合相富化領域５箇所の測定結果の平均値を示した。
【００２１】
上記本発明超硬工具１〜１０および比較例超硬工具１２、１５、１７、１９について、後方散乱電子回折装置（ＥＢＳＤ）を備えた走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、得られたＷＣおよび複合炭窒化物粒の結晶方位マッピング像の画像解析によりＷＣ粒の面積を測定し、さらに該ＷＣおよび複合炭窒化物を同一面積の円形に近似した時の直径を算出した。また、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）を備えた透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用い、ＷＣおよび複合炭窒化物粒と結合相の界面からＷＣ粒の内部に向かって、２ｎｍ毎に点分析を行い、結合相、ＷＣおよび複合炭窒化物粒内のＲｅ含有量、ＷＣおよび複合炭窒化物粒子の粒径に占めるＲｅ富化領域（Ｒｅ含有量が０．２〜７質量％である領域）の厚さ比（％）を測定した。
表５には、ＷＣおよび複合炭化物粒子それぞれ５０個ずつの測定結果の各平均値と、ＷＣおよび複合炭窒化物粒径の１〜１０％の深さ領域にＲｅ富化領域が形成されたＷＣおよび複合炭窒化物粒子数、ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子数、および該Ｒｅ富化領域における平均Ｒｅ含有量を示した。
また、結合相中のＲｅ含有量についても測定し、これを表５に示した。
本発明超硬工具１〜１０はいずれも、ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子の含有量は３０個数％以下であり、かつ、ＷＣ粒径の１〜１０％の深さ領域にＲｅ富化領域が形成されたＷＣ粒子と、ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子が合計で９０個数％以上含有されており、さらに、複合炭窒化物粒径の１〜１０％の深さ領域にＲｅ富化領域が形成された複合炭化物粒子が９０個数％以上含有されており、該富化領域における平均Ｒｅ含有量は０．２〜７質量％の範囲内であった。
図１には、一例として、本発明超硬工具３の焼結体組織の模式図を示す。
これに対して比較例超硬工具１２、１７は、Ｒｅ粉末の配合量が多かったため、Ｒｅ富化領域が形成されたものの、該富化領域における平均Ｒｅ含有量は、本発明で規定する量を超えるものであり、さらに、ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子数は本発明で規定する量を超えるものであった。
また、比較例超硬工具１５、１９は、Ｒｅ粉末の配合量が少なかったため、Ｒｅ富化領域が形成されたものの、該富化領域が形成されたＷＣ粒子数とＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子数の合計、および該富化領域が形成された複合炭化物粒子数は、本発明で規定する量を下回るものであり、さらに、該富化領域における平均Ｒｅ含有量は、本発明で規定する量を下回るものであった。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】
【００２６】
【表５】
【００２７】
つぎに、上記本発明超硬工具１〜１０、比較例超硬工具１１〜２０について、
被削材 ： ＳＣＭ４４０の長手方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度 ： ４２０ｍ／ｍｉｎ、
送り ： ０．２８ｍｍ／ｒｅｖ、
切込み ： １．０ｍｍ、
の条件で鋼の乾式断続切削試験を行い、逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍに達するまでの切削時間を測定した。
また、切削加工試験後の切れ刃の摩耗状況について、これを観察した。
この測定結果、観察結果を表４に示した。
【００２８】
表４、表５に示される結果から、本発明超硬工具１〜１０は、ＷＣ基超硬合金焼結体の結合相が、３〜２０質量％の固溶Ｒｅを含有し、また、硬質相のＷＣ粒内の界面近傍にＲｅの富化領域が形成されたＷＣ粒子とＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子を合計で、全ＷＣ粒子のうちの９０個数％以上含有し、かつ、硬質相の複合炭窒化物粒内の界面近傍にＲｅの富化領域が形成された複合炭窒化物粒子を、全複合炭窒化物粒子のうちの９０個数％以上含有し、さらに、該Ｒｅ富化領域における平均Ｒｅ含有量が０．２〜７質量％であって、熱伝導性の低下を招くことなく、高温硬さが向上し、また、結合相と硬質相の密着強度も高くなり、耐欠損性に優れ、かつ、耐熱塑性変形性にも優れることから、高い衝撃と熱発生を伴う、鋼の高速断続切削に用いた場合でも、欠損、偏摩耗等を発生することなく長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する。
これに対して、比較例超硬工具１１〜２０においては、高い衝撃と熱発生を伴う、鋼の高速断続切削に用いた場合には、切刃部の欠損が発生し、また、耐摩耗性にも劣り、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
この発明の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具は、鋼の高速断続切削ばかりでなく、各種被削材の通常の条件での切削加工にも勿論適用可能であり、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮し、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に適うものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合相成分としてＣｏを含有し、添加成分としてＲｅを含有し、硬質相成分としてＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗのうち２種以上の成分からなる複合炭窒化物のうちの１種を５〜３０質量％、残部が硬質相成分としてのＷＣおよび不可避不純物からなるＷＣ基超硬合金を工具基体とし、該工具基体表面に硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具において、
工具基体表面から５〜３０μｍの深さ領域では結合相成分が富化され、ＷＣ以外の硬質相成分が実質的に存在せず、
ＷＣ基超硬合金の結合相成分であるＣｏの含有量は４〜１２質量％であり、また、結合相中にはＲｅが固溶しており、結合相中のＲｅ含有量は３〜２０質量％であり、さらに、硬質相を構成するＷＣおよび上記複合炭窒化物粒内の界面近傍に、Ｒｅ富化領域が形成されたＷＣ粒子及び上記複合炭窒化物粒子を含有することを特徴とする表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
【請求項２】
上記ＷＣ基超硬合金中のＲｅは、原料粉末としてＲｅ粉末を配合することにより添加されたものであることを特徴とする請求項１に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
【請求項３】
上記ＷＣ基超硬合金は、さらに、ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
【請求項４】
上記ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子の含有量は、全ＷＣ粒子のうちの３０個数％以下であり、かつ、上記Ｒｅ富化領域が形成されたＷＣ粒子とＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子の合計が、上記ＷＣ基超硬合金の全ＷＣ粒子のうちの９０個数％以上含まれており、
さらに、上記Ｒｅ富化領域が形成された上記複合炭窒化物粒子が、上記ＷＣ基超硬合金の上記全複合炭窒化物粒子のうちの９０個数％以上含まれていることを特徴とする請求項３に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
【請求項５】
上記Ｒｅ富化領域は、ＷＣ粒子および上記複合炭窒化物粒子の界面から、該ＷＣ粒子および上記複合炭窒化物粒子の粒径の１〜１０％の深さ領域にわたって形成され、かつ、該深さ領域における平均Ｒｅ含有量は０．２〜７質量％であり、一方、ＷＣ粒子および上記複合炭窒化物粒子の内部側では、平均Ｒｅ含有量は０．２質量％未満であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
【請求項１】
結合相成分としてＣｏを含有し、添加成分としてＲｅを含有し、硬質相成分としてＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗのうち２種以上の成分からなる複合炭窒化物のうちの１種を５〜３０質量％、残部が硬質相成分としてのＷＣおよび不可避不純物からなるＷＣ基超硬合金を工具基体とし、該工具基体表面に硬質被覆層を蒸着形成してなる表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具において、
工具基体表面から５〜３０μｍの深さ領域では結合相成分が富化され、ＷＣ以外の硬質相成分が実質的に存在せず、
ＷＣ基超硬合金の結合相成分であるＣｏの含有量は４〜１２質量％であり、また、結合相中にはＲｅが固溶しており、結合相中のＲｅ含有量は３〜２０質量％であり、さらに、硬質相を構成するＷＣおよび上記複合炭窒化物粒内の界面近傍に、Ｒｅ富化領域が形成されたＷＣ粒子及び上記複合炭窒化物粒子を含有することを特徴とする表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
【請求項２】
上記ＷＣ基超硬合金中のＲｅは、原料粉末としてＲｅ粉末を配合することにより添加されたものであることを特徴とする請求項１に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
【請求項３】
上記ＷＣ基超硬合金は、さらに、ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
【請求項４】
上記ＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子の含有量は、全ＷＣ粒子のうちの３０個数％以下であり、かつ、上記Ｒｅ富化領域が形成されたＷＣ粒子とＷＣ粒内全体にＲｅが含有されたＷＣ粒子の合計が、上記ＷＣ基超硬合金の全ＷＣ粒子のうちの９０個数％以上含まれており、
さらに、上記Ｒｅ富化領域が形成された上記複合炭窒化物粒子が、上記ＷＣ基超硬合金の上記全複合炭窒化物粒子のうちの９０個数％以上含まれていることを特徴とする請求項３に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
【請求項５】
上記Ｒｅ富化領域は、ＷＣ粒子および上記複合炭窒化物粒子の界面から、該ＷＣ粒子および上記複合炭窒化物粒子の粒径の１〜１０％の深さ領域にわたって形成され、かつ、該深さ領域における平均Ｒｅ含有量は０．２〜７質量％であり、一方、ＷＣ粒子および上記複合炭窒化物粒子の内部側では、平均Ｒｅ含有量は０．２質量％未満であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−８６２９８（Ｐ２０１２−８６２９８Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３４３９０（Ｐ２０１０−２３４３９０）
【出願日】平成２２年１０月１９日（２０１０．１０．１９）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１９日（２０１０．１０．１９）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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